脑电信号采集中工频陷波电路的设计
陷波电路原理
陷波电路原理
陷波电路是一种特殊的电路，主要用于滤除特定频率的干扰信号。
在现代电子技术中，陷波电路得到广泛应用，用于各种领域的电子仪器、通信设备、控制系统等。
陷波电路可以通过电容、电感、电阻等元件搭建，其原理是利用
电容和电感的阻抗来抵消信号源的阻抗，进而达到滤除干扰信号的目的。
陷波电路的参数设计需要根据具体的干扰信号频率和信号源的阻
抗来进行，需要进行一系列的测量和计算。
在实际应用中，陷波电路有许多种类，如T型陷波电路、Π型陷
波电路等。
其中，T型陷波电路是应用最为广泛的一种，其基本结构由一个串联的电容和电感和一个平行的电容组成，可以滤除单频干扰信号，适用于高频环路干扰抑制。
在使用陷波电路时，需要注意其带通波形和相位变化。
由于陷波
电路的特殊结构，其带通波形会存在阻尼和过冲等现象，而相位变化
也会对信号传输产生影响。
总之，陷波电路是现代电子技术中的重要电路之一，具有灵活性、可靠性等优点，但其设计和应用需要充分了解其原理、参数、特性和
注意事项等。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的陷波电路
并进行优化设计，以满足电路性能要求。
脑电信号提取与处理电路设计(打印版)
本科生毕业论文（设计）中文题目脑电信号提取与处理电路设计英文题目EEG extraction and the design of processing circuit学生姓名刘明亮班级信息12班学号******** 学院通信工程学院专业信息工程指导教师陈万忠职称教授吉林大学学士学位论文（设计）承诺书本人郑重承诺：所呈交的学士学位毕业论文（设计），是本人在指导教师的指导下，独立进行实验、设计、调研等工作基础上取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的作品成果。
对本人实验或设计中做出重要贡献的个人或集体，均已在文中以明确的方式注明。
本人完全意识到本承诺书的法律结果由本人承担。
学士学位论文（设计）作者签名：年月日摘要摘要大脑作为人体最为神秘而强大的一个器官，我们能够测到的脑电信号（EEG）是由神经细胞活动产生的头皮表面电位变化，这种变化形成的生物电信号能够在一定程度上反映大脑的情况。
在头部额头部位或者发根处能够获得的脑电信号幅度很小,而且生物电信号的测量会受到周围电磁因素的影响，如空间中的50 Hz工频噪声，高频电子设备散发的电磁信号，以及测量电极的极化电压都能对脑电信号造成较大的影响。
所以，可以说脑电信号提取的核心问题便是怎样有效地将淹没在噪声干扰中的脑电信号剥离出来。
因此，本文做了如下的主要工作：1.设计了EEG信号提取过程中所需用到的前置放大电路，放大电路以差动放大电路为原型进行改进具有高输入阻抗的特点，能够有效去除同源干扰，主要用于对脑电信号进行放大处理。
2.考虑到脑电信号本身的低频低幅度特性并且极易受到外界干扰的情况，在经过前置放大电路对信号进行基本放大之后，为了避免噪声信号也被放大，再以多级放大电路并滤波的方式对信号进行处理，设计了高、低通滤波器及工频陷波器，不但能够放大主要信号并滤除高、低、工频噪声，还保证了信号的有效性。
3.在电路仿真部分，本文将局部电路和整体电路都分别在Multisim12软件上进行仿真实验，Multisim12上有丰富的虚拟电子设计所需的仪表和工具，使电路能够方便地改进和检测，仿真软件的应用大大方便了电路设计以及元器件选型试验，提高了设计效率。
50Hz陷波器在脑电数据采集系统中的应用
2005年8月重庆大学学报(自然科学版)Aug.2005 第28卷第8期Journal of Chongqing University(Nɑt urɑl Science Edition)Vol.28 No.8 文章编号:1000-582X(2005)08-0025-0350Hz陷波器在脑电数据采集系统中的应用3石 坚,杨永明(重庆大学电气工程学院,重庆 400030)摘 要:脑电数据采集系统中消除50Hz的工频干扰历来是一个技术难题.传统的抑制50Hz工频干扰的方法虽然也能取得一定的效果,但总存在着成本过高和通用性差等缺点,50Hz陷波器的使用可根本解决这个问题.经过反复试验,证实压控电压源(VCVS)陷波器不仅可最大程度地抑制50Hz工频干扰,而且电路的结构简单、级联方便,具有较高的可靠性.并提供了VCVS陷波器在强干扰环境下采集到的脑电波,波形清晰干净.由于50Hz工频干扰几乎存在于所有数据采集系统中,因此这种陷波器具有较强的通用性,可望在其它生物电信号测量的医学仪器及工业测控系统中得到广泛应用.关键词:数据采集系统;脑电波;工频干扰;陷波器 中图分类号:TM935.2文献标识码:A 脑电信号频率在0.1～100Hz,其幅值为2～200μV[1].脑电数据采集系统就是将人体脑部自发生物电信号通过脑电极提取出来,再经信号调理、采样、量化、编码、传输,最后送到控制器进行数据处理或存储记录的过程.由于脑电数据采集系统的检测系统是复杂的人体,所以相比一般的数据采集系统复杂,有其特殊性[2].脑电数据采集系统一般处于含有大量电器设备的环境,这些设备周围空间的电磁场频率主要是50Hz .由于工频50Hz干扰落在脑电信号的频带范围之内,而人体本身属于电的良导体,“目标”大,通过脑电检测装置导联线及人体自身的分布电容,电磁干扰尤其是50Hz工频干扰极易引入人体.一般地,脑电信号的输入信噪比在0.0001以下,有用信号几乎完全淹没在噪声中.在脑电采集系统中,限制干扰和噪声比放大信号更有意义[3].脑电数据采集系统的前置级放大电路是其核心部分,普遍采用仪表放大器或三运放构成的差动放大电路,该电路对呈现在输入端的共模干扰具有较强的抑制能力,能有效地改善信噪比,但是由于电路的输入端不仅存在共模干扰,还存在着空间电磁场引起的差模干扰以及因为测量电路不对称而由共模干扰转化而来的差模干扰,这些干扰主要以50Hz的工频干扰出现[4].通过对国内外现有脑电检测系统的调查,传统的抗干扰措施是切断干扰源,开辟专用的具有屏蔽作用的脑电检测室或采取各种屏蔽措施.研究者也侧重于在前置级电路的设计中提高水平,比如采用隔离放大器或提高外电路电阻电容的精度以改进电路对称性,另外采取浮地跟踪电路.这些措施在一定程度上是可以提高电路的抗干扰性能的.但在实际的检测中,开辟专用的脑电检测室降低了脑电采集系统的通用性,隔离放大器的成本过于昂贵,而提高器件的精度并不能有效解决问题,因为器件无法做到绝对对称,实际检测也发现,这种抑制干扰的措施收效甚微.浮地跟踪的抗干扰措施主要用于单通道脑电采集,无法使用于多通道的脑电数据采集系统.部分国内外的脑电图机为了很好地解决这个问题,往往采用30Hz的低通滤波,这种处理方法使电路得到简化,可以在一定程度上减少50Hz的工频干扰,但缺点是会使30～100Hz目前尚未认识到但实际可能存在的脑电信号无法检测到,而且为使50Hz干扰衰减足够倍数,必须提高低通滤波器的阶数,从而使电路变得复杂.50Hz陷波器可通过模拟和数字的2种方式实现,在脑电数据采集系统中所使用的是模拟陷波器,实质上就是带阻滤波电路,是一种特殊的有源RC滤波3收稿日期:2005-04-17作者简介:石坚(1974-),男,四川射洪人,重庆大学硕士研究生,从事生物电测量仪器及生物电信号数字处理的研究.器,用在前置级电路之后的信号调理电路中,这种方式能有效抑制从前置端输入的差模干扰.国内外部分脑电图机采用了50Hz 模拟陷波器,但效果不甚理想,因为陷波器的使用不当会导致有用的脑电信号畸变,脑电波的快波失真,现在研究者多将目光转向数字陷波器的设计,数字陷波器确有其独特优势,但缺点是对控制器的运算速度要求很高,而且系统速度要求也很高,实时性不如模拟陷波器,电路结构也远比模拟陷波器复杂.笔者将本研究所50Hz 模拟陷波器在脑电采集系统中的应用作一介绍[5].1 VCVS 陷波器的电路分析VCVS 陷波器又叫压控电压源陷波器.通常说的50Hz 工频干扰实际上频率并不仅仅是50Hz ,50Hz的整数倍谐波频率的干扰也不能忽视,其幅值比50Hz 的干扰小.另外,50Hz 工频干扰漂移的存在使得包括这个范围的频率都应该视为工频干扰.对于谐波的干扰可通过低通滤波器去掉,而要去掉49.5～50.5Hz 的干扰则需要设计出性能好的陷波器.下面给出笔者在脑电测试中所使用的一种陷波器———VCVS 带阻滤波器[6].电路图如图1所示.图1 50Hz VCVS 陷波器电路图这是一种典型的二阶有源带阻滤波器,其传递函数为:A (s )=1+(sCR )21+2(2-A v )sCR +(sCR )2,中心频率为:ω0=2πf 0=1R C,阻带宽度:B W =ωH -ωL=2(2-A v )ω0,品质因数:Q =f 0Δf =12(2-A v ),式中:A v 为放大增益.这个电路的特点是所用器件少,调试方便.如果陷波深度不够,可采取级联方式提高干扰抑制能力.为验证该电路的陷波能力,利用信号发处理器产生一个50Hz 正弦波,通过该VCVS 陷波器后在示波器上可观察到该正弦波已衰减为一条直线,根据示波器提供的输入输出幅值,可计算出衰减倍数约为10倍(见图2).图2 VCVS 陷波器50Hz 正弦波输入输出波形图2 VCVS 陷波器在脑电数据采集系统中的应用 上面提到的VCVS 陷波器虽然陷波深度也不高,但由于电路本身结构简单,多次级联后可明显改善陷波效果,实际应用中可以验证这一点.所以本研究所综合各种情况,在系统设计中优先采用了这种陷波器.对于VCVS 陷波器在脑电采集系统的调理电路中的联结情况可见图3.图3 脑电数据采集系统框图图4-5给出了脑电数据采集系统中去掉VCVS陷波器所采集的原始脑电信号和经过VCVS 陷波器滤波后得到的脑电信号波形图,经过对比可以看出,经过陷波后的脑电信号非常清晰,证明这种陷波器达到了非常好的效果.图4 原始脑电信号波形图图5 利用VCVS 陷波器滤波后脑电信号波形图62重庆大学学报(自然科学版) 2005年3 结 论在脑电数据采集系统中,50Hz 模拟陷波器的应用使脑电波在强干扰环境下的采集变得简便可靠,在本研究所的实际应用中也获得了比较好的效果.就整个系统而言,作为系统核心部分的前置级放大电路依然起着非常关键的作用,从前置级放大电路输出的信号中干扰越小,后级获得的有用信号也就越好,所以在设计中,必须从总体上综合考虑电路的各个组成部分,使其协调配合,此时陷波器的使用才能使系统的采集效果达到最佳.参考文献:[1] 余学飞.医学电子仪器原理与设计[M ].广州:华南理工大学出版社,2000.[2] 赵新民,王祁.智能仪器设计基础[M ].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2001.[3] 肖忠祥,孟开元.数据采集原理[M ].西安:西北工业大学出版社,2001.[4] 赵负图.信号采集与处理集成电路手册[M ].北京:化学工业出版社,2002.[5] 陆坤.电子设计技术[M ].成都:电子科技大学出版社,1997.[6] 约翰逊D E.有源滤波器精确设计手册[M ].北京:电子工业出版社,1984.Application of T rap Filter of 50H z in B rain w ave Data Acquisition SystemSHI Jian ,Y ANG Y ong 2ming(College of Electrical Engineering ,Chongqing University ,Chongqing 400030,China )Abstract :It ’s always difficult in technology to eliminate power interference of 50Hz in Brainwave Data Acquisi 2tion System .Though t raditional ways to eliminate it can also gain some effect s ,t hey have drawbacks such as high co st and low currency at all time.The use of t rap filter of 50Hz may solve t he question radically.Through t he aut hors ’repetitious experimentation ,it is proved t hat t rap filter of VCVS not only eliminate power interference of 50Hz fart hest but also have merit s of simple circuit st ruct ure ,convenient coupling and upper re 2liability.The aut hors offer collected brainwave in st rong power interference environment.It may be seen t hat it is very clear and clean.Because power interference of 50Hz exist s in almost all Data Acquisition System ,t his type of t rap filter po ssesses better currency ,it is expected to win extensive application in medical apparat us of measurement of ot her biological elect ricity signals and indust rial observation and cont rol system.K ey w ords :Data Acquisition System ;brain wave ;power interference ;trap filter(编辑 李胜春)72第28卷第8期 石 坚,等: 50Hz 陷波器在脑电数据采集系统中的应用。
脑电信号数据采集模块的设计
脑电信号数据采集模块的设计摘要脑电信号的获取对脑功能状态检测和脑部疾病的诊断具有重要意义。
设计一种获取脑电信号的采集系统。
系统设计采用主动电极提取信号,而后将其送入信号的变换与处理部分。
当信号完成这些变换与处理之后,就能够以适当的大小显示在示波器上。
着重讨论系统的整体设计,模块设计和抗干扰设计等。
关键词脑电信号;数据采集;滤波脑电(electroencephalograph,EEG)信号作为一种特殊而复杂的生物电信号。
反映了大脑的功能状态,是由脑内亿万神经元活动而引起的头皮表面电位变化,检测这些电位的变化对研究大脑的功能状态非常重要。
有效提取脑电信号中蕴藏的信息,可以更深入地了解大脑的功能活动。
1系统电路结构设计1.1脑电信号分类图1脑电分类图1.2系统总体设计脑电信号属于低频的微弱信号,在进行有效的处理、记录或显示之前,首先必须把脑电信号放大到系统要求的大小。
脑电放大是我们设计该采集系统一个的重要环节,因为有很强的背景噪声和干扰,脑电完全淹没在这些噪声之中,若不能对这些噪声和干扰进行很好的抑制和消除,在放大脑电信号的同时,噪声也被放大。
那么从放大器出来的信号几乎是一片噪声,使后续的处理失去意义。
根据设计要求,第一级放大部分是抑制共模干扰的关键,如果其增益太大会使其共模抑制比明显下降,因此为保证整个系统的可靠性和干扰性,不能只用一级放大。
根据系统线性放大倍数的要求,本系统设计为三级放大,其前置电路为了保证有较大的共模抑制比而选择增益为100的差分输入方式,中间级放大设计成放大倍数为50倍左右的可调增益的放大电路,后级电路设计为2的固定增益调理电路。
图2系统电路结构图2采集电路的抗干扰措施在对脑电放大的同时,电极的极化电压、高频干扰电压也随之放大,除此之外所记录的EEG信号还可能混入了大量的心电、肌电及眼动干扰,尤其是眼动干扰,其能量远远大于EEG信号能量,所以我们在检测脑电时,要对脑电信号进行处噪,滤波器是必不可少的。
基于Multisim的脑电滤波电路的设计
基于Multisi m 的脑电滤波电路的设计尹晓琦(淮阴工学院电子信息工程系,江苏淮安223003)摘要:脑电信号作为一种特殊而复杂的生物电信号,反映了大脑的功能状态。
原始的脑电信号十分微弱,只有10～50μV,背景噪声强,包含了电极极化电压、高频干扰电压、以及50Hz 工频干扰电压。
脑电信号处理的关键问题之一是如何有效地消除脑电信号中的噪声干扰成分。
主要设计了脑电信号采集过程中的滤波电路,包括低通滤波器、高通滤波器、50Hz 工频陷波器,并在M ultisi m 软件平台上仿真实现。
经过处理之后,可使脑电信号和噪声有效分离,以便进行A /D 转换。
关键词:脑电;低通滤波;高通滤波;陷波器;仿真中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1009-7961(2009)01-0042-04D esi gn of Electroencepha logram S i gna l F ilter C i rcu its Ba sed on M ultisi mYIN Xiao -qi(Depart m ent of Electr onic I nf or mati on Technol ogy,Huaiyin I nstitute of Technol ogy,Huai’an J iangsu 223003,China )Abstract:A s a kind of s pecial and co mp lex bi oelectricity signal,electr oencephal ogra m (EEG )reflects the functi onal state of the brain .O riginal EEG must be magnified because its voltage is very l ow,usually bet w een 10-50μV,and noises of the backgr ound is str ong which contain the polarizing voltage of electr odes,voltage of high frequency interference,voltage of 50Hz industrial frequency that disturbs EEG .One of the key p r oble m s is that how t o eli m inate the noises .I n this paper,the filter circuits of the Electr oencephal ogra m signal sa mp lingsyste m is designed that include l ow -pass filter,high -pass filter and 50Hz -trap filter,and si m ulati on is made on Multisi m .After p re -p r ocessing,we can acquire high -quality of EEG signals,which are sent t o AD converter .Key words:EEG;l ow -pass filter;high -pass filter;rap filter;si m ulati on收稿日期:2008-12-23基金项目:淮阴工学院青年基金项目(HG Q0627)作者简介:尹晓琦(1975-),女,江苏淮安人,硕士,讲师,主要研究方向为通信与信号处理技术。
电子线路设计02-50Hz信号陷波电路的设计
电子线路设计与制作
【实验题目】：50Hz工频干扰信号的陷波电路设计与实现
【实验目的】：
通过该题目的设计和制作实践，了解双T型带阻滤波器的一般模型和工作原理，并进行电路的设计和调试，掌握函数信号发生器的使用方法，掌握示波器的使用方法，通过实验结果更加深入理解模拟电子线路及技术的理论，培养学生自己动手进行单元电路设计与制作的能力，增进工程实践能力。
【设计内容及要求】：
①基本设计内容
设计与制作一个50Hz信号的陷波电路，主要技术指标：
1.采用双T型电路实现50hz 陷波功能
2.函数信号发生器选择正弦波档位，输出信号频率范围：30Hz<fo <70Hz
3.使用示波器观察陷波后的波形，实现陷波功能
②设计要求
带有正反馈的双T陷波电路
图1
双T网络电路可视为由两个单T网络并联而成：一个单T网络由两个电阻R 和电容2C组成，是一个低通滤波器；另一个单T网络由余下两个电容C和电阻R/2组成，是一个高通滤波器。
1.电路能够滤除频率为的信号，设计电路并计算所用元件的参数值，如
没有图中所示的阻容参数值，可采用电阻串并联，电容串并联的方法解决。
2.画出50Hz 陷波电路的原理图并进行焊接调试。
3.用函数信号发生器输出规定频率信号给陷波电路，并用示波器观察波形和陷波结
果。
4.撰写实验报告。
“数字工频陷波器”实验设计
产生了畏 难 情 绪［２］。 究 其 原 因，第 一，该 课 程 理 论 性较强，公式繁多；第二，集成开发环境的配置、命令 文件的编辑等工作有一定难度；第三，实验多为验证 性实验，脱离工程实践，没有综合应用各种软硬件工 具、跨课程的、完整按照一个系统设计的实验［３，４］。
为了解决这一矛盾，我校课程组教师结合工程 实际，开发了一系列实验，这些实验难度不大，综合 运用几门课程的知识，有仿真有实践，效果直观，容 易引起学生共鸣，从而激发学生对这门课产生浓厚 兴趣。本文以“数字工频陷波器”为例，来说明设计 的实验可以有效提高学生的综合能力，同时积累工
收稿日期：２０１９０６０４；修回日期：２０１９１１０１ 基金项目：兰州交通大学实验教改项目（２０１９０５２）；兰州交通大学教改项目（ＪＧＺ２０１８１７） 第一作者：苗新法（１９７９），男，硕士，副教授，主要从事电路与系统方面的教学和研究工作，Ｅｍａｉｌ：ｘｉｎｆａ１９０＠１６３．ｃｏｍ
基于互联网的具有沉浸感的虚拟仿真实验室是依托计算机仿真计算机图形学人机接口多媒体技术以及传感技术发展起来的创新型实验模式也必将成为未来的发展趋势如何利用虚拟现实技术来辅助教学值得深入研究和探索
第 ４２卷 第 ２期 ２０２０年 ４月
电气电子教学学报 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＥＥＥ
Ｖｏｌ．４２ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２０２０
“数字工频陷波器”实验设计
苗新法，彭 静
（兰州交通大学 电子与信息工程学院，甘肃 兰州 ７３００７０）
摘要：本文设计了“数字工频陷波器”实验，基于学生已学课程，综合运用 Ｍｕｌｔｉｓｉｍ、Ｍａｔｌａｂ等软件工具作辅助开发，使用运算放大器、单片机等
脑电信号采集中工频陷波电路的设计
脑电信号采集中工频陷波电路的设计
史志怀;万遂人
【期刊名称】《医疗装备》
【年(卷),期】2009(022)011
【摘要】本文设计了一种实用的工频陷波电路,陷波深度实测可达-32dB,中心频率点、Q值调整方便,频率选择性好.本文对其幅频特性进行了仿真,并在实际电路中对幅频特性进行了测量.
【总页数】2页(P12-13)
【作者】史志怀;万遂人
【作者单位】东南大学,生物科学与医学工程学院,江苏南京,210096;东南大学,生物科学与医学工程学院,江苏南京,210096
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.陷波电路在脑电信号采集中的应用 [J], 徐进飞;杨济民;王敏;李振江
2.心电信号工频干扰陷波器的设计与实现 [J], 张喜红;王玉香
3.一种消除心电信号中工频干扰的陷波器设计 [J], 王立会;潘冬明
4.消除心电信号工频干扰的新型IIR自适应陷波器设计 [J], 孟旭;唐晓英;刘伟峰;解菁;董大鹏
5.脑电信号检测用的含工频陷波OTA-C低通滤波器 [J], 叶媲舟;凌朝东;黄群峰
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
收稿日期:2009-08-10
脑电信号采集中工频陷波电路的设计
史志怀,万遂人
(东南大学 生物科学与医学工程学院,江苏南京210096)
〔中图分类号〕TP3 〔文献标识码〕A 〔文章编号〕1002-2376(2009)11-0012-02
〔摘 要〕本文设计了一种实用的工频陷波电路,陷波深度实测可达-32dB ,中心频率点、Q 值调整方便,频率选择性好。
本文对其幅频特性进行了仿真,并在实际电路中对幅频特性进行了测量。
〔关键词〕工频干扰;陷波器;幅频特性
0 引言脑电信号属于低频微弱信号,
其幅值范围在
10μV ～100μV 之间,频率范围在015H z ～100H z 之间。
在数字化脑电图仪中,把脑电信号放大到适宜采集的幅度通常要放大10000倍左右。
然而人体处在一个复杂的电磁环境中,工频50H z 及其谐波辐射到人体产生的电压能达到1V ,虽然通过提高前置放大电路的共模抑比能抑制共模信号,然而还会有相当高的50H z 干扰以差模形式进入到电路中,其幅值最高能达到几毫伏,远大于有用的脑电信号幅值。
因此在放大电路中对50H z 干扰进行抑制就成为一个重要的课题,否则输入信号放大10000倍后,由于50H z 干扰的存在,信号就会在放大器中饱和,造成信号失真。
1 50H z 限波电路如图1所示的50H z 限波电路由两部分组成,第一部是由U1A 及R1、R2、R3、C1、C2组成的多重反馈有源带通滤波器;第二部分是由U1B 及R4、R5、R6组成的加法电路。
图1 50H z 限波电路
将多重反馈有源带通滤波器的中心频率点调整
为50H z ,信号经过多重反馈有源带通滤波器时,只有50H z 信号能通过,并且相位反向,反向后的
50H z 信号在加法电路中与原始信号相加,原始信
号中的50H z 信号被抵消,其他频率成分通过,从而达到消除50H z 工频干扰的目的。
该电路巧妙的利用了多重反馈有源带通滤波器良好的频率选择特性和信号通过后相位反向的特性,实现了50H z 信号的限波。
带通滤波器参数如下:中心频率ω0:
ω0=
1R 3R 1C 1C 2+
1
R 3R 2C 1C 2
(1)
品质因数Q :
1/Q =1
R 3(1/R 1+1/R 2
)(
C 1
C 2
+C 2
C 1
)(2)
通带增益H 0为:H 0=
1
R 1/R 3(1+C 1/C 2)
(3)
2 工程设计中电路参数的选择
在工程设计中,常取C 1=C 2=C ,R 1≥R 2,因此以上三式可简化为:
ω0≈1
C 1R 3R 2(4)1/Q ≈2R 2R 3
(5)H 0≈
R 32R 1
(6)
为了方便电路调试和器件选型,取R 3=2R 1,这样带通滤波器通带增益H 0=1,取R 4=R 5,让经过带通滤波器后的信号与原始信号等权相加,这样50H z 信号在加法电路中正好抵消,可通过调节R 6来调整整个限波电路的通带增益。
由于电阻电容标称值误差的存在及电阻和电容只能在规定的序列里面选择,需要通过调整R 2的值来调整限波电路的
2
1Medical Equipment V ol 122,N o 111
中心频率,因此在工程设计时,R 2常设计成可调电阻。
由式(5)可知,通过调节R 2和R 3的阻值,即可改变电路的品质因数,即50H z 限波电路的阻带宽度。
图4为工程中实际使用的50H z 限波电路及参数。
3 实际电路幅频特性的仿真
笔者用NI Multisim10软件对图2中的电路进行仿真,幅频特性如图2。
图2 仿真的幅频特性
由图2可以看出,50H z 处信号被衰减了
-60dB ,阻带带宽为4615H z ～5315H z ,阻带很窄,具有很好的频率选择性。
4 限波电路幅频特性的测量
实际测量幅频行性曲线见图3。
图3为实际测量的50H z 限波电路幅频特性曲线,1V 的50H z 信号,通过限波电路后能被衰减到01
025mV
,衰减到原来的1/40,衰减-32dB ,
图3 实际测量的幅频特性曲线
与仿真的结果很接近。
这样的限波深度和频率选择
性能已经能够满足脑电信号采集电路的需要。
5 结束语
该限波电路实际限波深度可达到1/40,完全能达到脑电信号放大电路的要求,其中心频率点可通过一个电阻来调节,工程应用中非常方便,阻带宽度可通过调节电路参数来改变,能满足不同信号选择性的要求。
该电路应用到多通道脑电采集分析系统中,取得了良好的效果。
[参考文献]
[1]魏 彬,贾存良1脑电信号预处理电路的设计[J ]1
中国组织工程研究与临床康复,2007,11(22):4362
-43641
[2]任洪林,陈 名1消除电网工频信号干扰的限波电路
设计[J ]1佳木斯大学学报,2007,25(1):5-6、
131
[3]孙肖子1实用电子电路手册(模拟电路分册)
[M]1
北京:高等教育出版社,1993,101
图4 工程中实际使用的50H z 限波电路及参数
The design of an improved notch filter on surface EEG measurement
SHI Zhi -huai ,W AN Sui -ren
(School of Biological Science &Medical Engineering ,S outheast University ,
Nanjing 210096,Jiangsu Province ,China )
Abstract :A practical notch filter to eliminate the power line inter ference is designed in this paper 1I ts center frequency and Q value can be adjusted conveniently 1I ts frequency selectivity is very g ood 1I ts am plitude -frequency characteristics were simulated 1The am plitude -fre 2quency characteristics of the actual circuit were measured 1The elimination depth of power line noise is up to -32dB 1
K ey w ords :power line inter ference ;notch filer ;am plitude -frequency characteristics
3
1医疗装备2009第11期。